DE69737574T2 - Process for the preparation of a highly porous membrane of polyvinylidene difluoride - Google Patents
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Abstract
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
1. Gebiet der Erfindung:1. Field of the invention:
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von synthetischen polymeren Membranmaterialien, die durch Gießen von Polyvinylidendifluorid(PVDF)-Polymerlösungen und/oder -dispersionen geformt werden. Membranen, die erfindungsgemäß geformt werden, sind alle hoch porös. Sowohl intern isotrope Membranen als auch stark asymmetrische PVDF-Membranen werden offenbart. Die erfindungsgemäßen Membranen sind für eine Vielzahl von Mikrofiltrationsanwendungen geeignet.The The present invention relates to the field of synthetic polymers Membrane materials obtained by casting polyvinylidene difluoride (PVDF) polymer solutions and / or -dispersions are formed. Membranes shaped according to the invention are all highly porous. Both internally isotropic membranes and highly asymmetric PVDF membranes will disclosed. The membranes of the invention are for a variety of microfiltration applications suitable.
2. Technischer Hintergrund:2. Technical background:
Beträchtliches Interesse und bedeutende Anstrengungen wurden in die Herstellung von PVDF-Polymermembranen investiert. Die grundlegende Ursache für das Interesse an PVDF-Membranen als Filter besteht darin, dass PVDF gegenüber oxidierenden Umgebungen, einschließlich Ozon, das bei der Sterilisation von Wasser flächendeckend verwendet wird, resistent ist. PVDF ist auch gegenüber einem Angriff durch die meisten mineralischen und organischen Säuren, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und halogenierten Lösungsmitteln resistent. Es ist in bestimmten aprotischen Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, und heißem Aceton löslich. Weiterhin besitzt PVDF gute physikalische Eigenschaften bei Temperaturen im Bereich von –50 bis 140°C.considerable Interest and significant efforts were made in the manufacture invested in PVDF polymer membranes. The basic cause of the interest on PVDF membranes as a filter is that PVDF to oxidizing environments, including Ozone, which is widely used in the sterilization of water, is resistant. PVDF is also against an attack by most mineral and organic acids, aliphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols and halogenated solvents resistant. It is present in certain aprotic solvents, such as dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, and hot Acetone soluble. Furthermore, PVDF has good physical properties at temperatures in the range of -50 up to 140 ° C.
Grandine
stellte etwas her, was viele als die erste praktische mikroporöse PVDF-Membran
ansehen, wie in der
Benzinger
goss PVDF-Ultrafilter aus Formulierungen, die vorzugsweise Triethylphosphat
als Lösungsmittel
und eine Vielzahl von Hydroxyverbindungen als Nichtlösungsmittel
einsetzten. Siehe
Josefiak
offenbarte PVDF als einen von mehreren "porösen
geformten Körpern", der unter Verwendung
eines thermischen Abschreckverfahrens gegossen wird. Siehe
Die
Costar
Corporation offenbart in der veröffentlichten
PCT-Anmeldung Nr.
Sasaki
et al. offenbarten eine PVDF-Formulierung in der
Bezüglich der
Struktur sind die Membranen der Sasaki-Patentschrift alle so offenbart,
dass sie 2 Asymmetriegrade besitzen. Im Querschnitt weisen die Membranen
eine mikroporöse
Fläche
und eine grobporige Fläche
auf. Der Durchmesser der Poren nimmt zuerst entlang einer Linie
von der mikroporösen
Fläche
zu der grobporigen Fläche
ab, und erreicht eine minimale Porengröße zwischen der mikroporösen Fläche und
der grobporigen Fläche
der Membran. Anschließend
nehmen die Porengrößen entlang
einer Linie in Richtung der grobporigen Oberfläche zu, allerdings ist die
Zunahme, und daher die Asymmetrie der Membran, nicht so dramatisch
wie in einer klassischen asymmetrischen Membran von Wrasidlo (
Asymmetrische
oder anisotrope Membranen sind im Fachgebiet hinreichend bekannt.
Beispielsweise offenbaren Wrasidlo in den
Die Wrasidlo- und Zepf-Patentschriften offenbaren jeweils hoch asymmetrische, integrale, mit mikroporöser Haut überzogene Membranen mit hohen Durchflussraten und ausgezeichneten Retentionseigenschaften. Die Membranen werden im Allgemeinen durch ein modifiziertes "Phaseninversions"-Verfahren unter Verwendung einer metastabilen flüssigen Zweiphasendispersion von Polymer in einem Lösungsmittel/Nichtlösungsmittelsystem hergestellt, die gegossen und anschließend mit einem Nichtlösungsmittel kontaktiert wird. Die Zepf-Patentschrift offenbart eine Verbesserung gegenüber der Wrasidlo-Patentschrift.The Wrasidlo and Zepf patents each disclose highly asymmetric, integral, with microporous Skin covered Membranes with high flow rates and excellent retention properties. The membranes are generally prepared by a modified "phase inversion" method a metastable liquid Two-phase dispersion of polymer in a solvent / non-solvent system prepared, cast and then with a non-solvent will be contacted. The Zepf patent discloses an improvement over the Wrasidlo patent.
Phaseninversionsverfahren laufen im Allgemeinen über die folgenden Schritte ab: (i) Gießen einer Lösung oder eines Gemisches, das ein entsprechend hoch molekulares Polymer (hoch molekulare Polymere) ein Lösungsmittel (Lösungsmittel) und ein Nichtlösungsmittel (Nichtlösungsmittel) umfasst, zu einem Dünnfilm, einem Schlauch oder einer Hohlfaser und (ii) Ausfällen des Polymers durch einen oder mehrere der folgenden Mechanismen:
- (a) Verdampfen des Lösungsmittels und des Nichtlösungsmittels (Trockenverfahren);
- (b) Exposition gegenüber einem Nichtlösungsmitteldampf, wie Wasserdampf, der auf der exponierten Oberfläche absorbiert (dampfphaseninduziertes Fällungsverfahren);
- (c) Abschrecken in einer Nichtlösungsmittel-Flüssigkeit, im Allgemeinen Wasser (Nassverfahren); oder
- (d) thermisches Abschrecken eines heißen Films, so dass die Löslichkeit des Polymers plötzlich stark herabgesetzt wird (thermisches Verfahren).
- (a) evaporation of the solvent and non-solvent (dry process);
- (b) exposure to a non-solvent vapor, such as water vapor, which absorbs on the exposed surface (vapor-phase-induced precipitation process);
- (c) quenching in a non-solvent liquid, generally water (wet process); or
- (d) thermally quenching a hot film so that the solubility of the polymer suddenly sharply decreases (thermal process).
Schematisch läuft die Phaseninversion von einer Lösung zu einem Gel folgendermaßen ab: Schematically, the phase inversion from solution to gel is as follows:
Im Wesentlichen ist SOL 1 eine homogene Lösung, SOL 2 ist eine Dispersion, und das Gel ist die gebildete Polymermatrix. Das Ereignis (die Ereignisse, das die SOL 2-Bildung auslöst, hängt von dem eingesetzten Phaseninversionsverfahren ab. Im Allgemeinen allerdings dreht sich das auslösende Ereignis (Ereignisse) um die Polymerlöslichkeit in dem SOL. Bei dem Nassverfahren wird SOL 1 gegossen und mit einem Nichtlösungsmittel für das Polymer in Kontakt gebracht, welches die Bildung von SOL 2 auslöst, das anschließend zu einem Gel "präzipitiert". Beim gasphaseninduzierten Fällungsverfahren wird SOL 1 gegossen, einer Gasatmosphäre ausgesetzt, die ein Nichtlösungsmittel für das Polymer einschließt, das die Bildung von SOL 2 auslöst, das dann zu einem Gel "präzipitiert". Beim thermischen Verfahren wird SOL 1 gegossen, und die Temperatur des gegossenen Films wird reduziert, um SOL 2 herzustellen, welches anschließend zu einem Gel "präzipitiert". Beim Trockenverfahren wird SOL 1 gegossen und mit einer Gasatmosphäre, wie Luft, in Kontakt gebracht, die das Verdampfen von einem oder mehreren der Lösungsmittel gestattet, was die Bildung von SOL 2 auslöst, das anschießend zu einem Gel "präzipitiert".in the Essentially, SOL 1 is a homogeneous solution, SOL 2 is a dispersion, and the gel is the formed polymer matrix. The event (the events, that triggers SOL 2 formation, depends on the phase inversion method used. In general though turns the triggering Event (events) about polymer solubility in the SOL. In which Wet method is poured SOL 1 and with a non-solvent for the Polymer, which triggers the formation of SOL 2, the subsequently "precipitated" into a gel. When gas-phase induced precipitation method SOL 1 is poured, exposed to a gas atmosphere which is a non-solvent for the Includes polymer, which triggers the formation of SOL 2, the then "precipitated" to a gel. In the thermal Process is poured SOL 1, and the temperature of the cast Film is reduced to produce SOL 2, which is subsequently added to a gel "precipitated". In the dry process SOL 1 is poured and brought into contact with a gas atmosphere, such as air, which allows the evaporation of one or more of the solvents, which causes the formation of SOL 2, the next "precipitated" into a gel.
Das Nichtlösungsmittel in der Gießpaste ist gegenüber dem Polymer nicht immer vollkommen inert; in der Tat ist es in der Regel nicht inert und wird oft als Quellmittel bezeichnet. Bei den Wrasidlo-Formulierungen ist, wie später besprochen, die Auswahl sowohl des Typs als auch der Konzentration des Nichtlösungsmittels insofern wichtig, als es der Hauptfaktor bei der Festlegung dessen ist, ob die Gießlösung in einem phasenseparierten Zustand existiert oder nicht.The Nonsolvent in the pouring paste is opposite the polymer is not always completely inert; in fact it is in the Usually not inert and is often referred to as swelling agent. Both Wrasidlo formulations are, as discussed later, the selection both the type and concentration of non-solvent in that respect important, as it is the main factor in determining whether the casting solution in a phase-separated state exists or not.
Im Allgemeinen ist das Nichtlösungsmittel das hauptsächliche porenbildende Mittel, und seine Konzentration in der Gießlösung beeinflusst sehr stark die Porengröße und Porengrößeverteilung in der Endmembran. Die Polymerkonzentration beeinflusst ebenfalls die Porengröße, allerdings nicht so signifikant wie das Nichtlösungsmittel. Dennoch beeinflusst sie allerdings die Festigkeit und Porosität der Membran. Zusätzlich zu den Hauptkomponenten in der Gießlösung oder -paste können Nebenbestandteile, wie beispielsweise Tenside oder Trennmittel, vorhanden sein.In general, the non-solvent is the major pore-forming agent, and its concentration in the casting solution greatly affects the pore size and pore size distribution in the final membrane bran. The polymer concentration also affects the pore size, but not as significantly as the non-solvent. However, it does affect the strength and porosity of the membrane. In addition to the major components in the casting solution or paste, minor ingredients such as surfactants or release agents may be present.
Polysulfon ist für die Bildung von hoch asymmetrischen Membranen besonders geeignet, insbesondere bei den Zweiphasen-Formulierungen von Wrasidlo. Diese stellen keine homogenen Lösungen dar, sondern bestehen aus zwei getrennten Phasen: eine ist eine lösungsmittelreiche, klare Lösung von niedermolekularem Polymer in niedrigen Konzentrationen (z.B. 7 %); die andere ist eine polymerreiche trübe Kolloidlösung von höher molekularem Polymer in hohen Konzentrationen (z.B. 17 %). Die zwei Phasen enthalten die gleichen drei Bestandteile, d. h. Polymer, Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel, allerdings in sehr unterschiedlichen Konzentrationen und Molekulargewichtsverteilungen. Am wichtigsten ist, dass die beiden Phasen ineinander unlöslich sind und sich, sofern sie stehen gelassen werden, trennen. Darum muss das Gemisch als eine Dispersion unter konstantem Rühren gehalten werden, bis es als Film gegossen wird. Im Wesentlichen wird bei Wrasidlo-Formulierungen die Gießlösung in einem SOL2-(Dispersions)-Zustand bereitgestellt. Somit dient die Dispersion als Ausgangspunkt für die Gelbildung und nicht als Zwischenschritt (vorstehend), wie folgt: Polysulfone is particularly suitable for the formation of highly asymmetric membranes, particularly in the two-phase formulations of Wrasidlo. These are not homogeneous solutions but consist of two separate phases: one is a solvent-rich, clear solution of low molecular weight polymer at low concentrations (eg 7%); the other is a high-concentration, polymer-rich cloudy colloidal solution of higher molecular weight polymer (eg 17%). The two phases contain the same three components, ie polymer, solvent and non-solvent, but in very different concentrations and molecular weight distributions. Most importantly, the two phases are insoluble in one another and, if allowed to stand, separate. Therefore, the mixture must be kept as a dispersion with constant stirring until it is cast as a film. Essentially, in Wrasidlo formulations, the casting solution is provided in a SOL2 (dispersion) state. Thus, the dispersion serves as a starting point for gelation and not as an intermediate step (above), as follows:
Diese Verfahrensänderung war weitgehend für die höheren Asymmetriegrade und die gleichmäßige Konsistenz der Wrasidlo-Membranen im Vergleich zur bisherigen Technik verantwortlich.These process change was largely for the higher ones Degree of asymmetry and uniform consistency the Wrasidlo membranes in comparison to the previous technique responsible.
Es sind das Nichtlösungsmittel und seine Konzentration im Gießgemisch, die die Phasentrennung hervorrufen, und nicht jedes Nichtlösungsmittel erfüllt dies. Die beiden Phasen trennen sich voneinander, wenn sie stehen gelassen werden, aber jede einzelne Phase ist für sich recht stabil. Wenn die Temperatur des Gemisches verändert wird, tritt ein Phasenübergang auf. Erwärmen erzeugt mehr von der klaren Phase; Abkühlen hat die umgekehrte Wirkung. Konzentrationsänderungen besitzen die gleiche Wirkung, allerdings besteht ein kritischer Konzentrationsbereich oder ein Fenster, in dem das phasenseparierte System existieren kann, wie von Wrasidlo erörtert. Wrasidlo definiert diese Region der Instabilität auf einem Phasendiagramm von so dispergiertem Polymer/Lösungsmittel/Nichtlösungsmittel bei konstanter Temperatur als innerhalb der spinodalen oder zwischen spinodaler und binodaler Kurve liegend, worin zwei makroskopisch getrennte Schichten existieren.It are the non-solvent and its concentration in the casting mix, which cause the phase separation, and not every non-solvent Fulfills this. The two phases separate when they stand but each phase is quite stable in itself. If the Temperature of the mixture changed becomes, enters a phase transition on. Heat generates more of the clear phase; Cooling has the opposite effect. changes in concentration have the same effect, but there is a critical one Concentration range or a window in which the phase-separated System may exist, as discussed by Wrasidlo. Wrasidlo defines these Region of instability on a phase diagram of thus dispersed polymer / solvent / non-solvent at constant temperature than within the spinodal or between lying spinodal and binodal curve, wherein two macroscopically separate layers exist.
Auf Grund der großen Hydrophobizität des Polymers und auf Grund des thermodynamisch instabilen Zustandes des Gießgemisches, in dem zuvor zwei Phasen existieren, eine lösungsmittelreiche und die polymerreiche (ein Zustand, den andere Systeme durchlaufen müssen, wenn sie die Phaseninversion erfahren), fallen die instabilen Wrasidlo-Gemische sehr schnell aus, wenn sie abgeschreckt werden, so dass sich an der Grenzfläche eine mikroporöse Haut bildet, und sie sich folglich zu hoch asymmetrischen Membranen entwickeln, eine Struktur die allen Membranen der Wrasidlo- und Zepf-Patente gemeinsam ist.On Reason of the big one hydrophobicity of the polymer and due to the thermodynamically unstable state the casting mixture, where two phases previously exist, one solvent-rich and one polymer-rich (a condition that other systems have to go through if they experience phase inversion learn), the unstable Wrasidlo mixtures fall very fast when they are quenched, leaving at the interface a microporous Skin forms, and they consequently become highly asymmetric membranes develop a structure covering all the membranes of Wrasidlo and Zepf patents is common.
Die mikroporöse Haut ist die feinporige Seite der Membran, die die Luft-Lösungs-Grenzfläche oder die Abschrecklösungs-Grenzflache während des Gießens bildet. In der Wrasidlo-Patentschrift und in dieser Offenbarung ist es selbstverständlich, dass der Begriff "Haut" nicht die relativ dicke, nahezu undurchlässige Polymerschicht bezeichnet, die in einigen Membranen vorhanden ist. Hier ist die mikroporöse Haut eine relativ dünne, poröse Oberfläche, die über einer mikroporösen Region von variabler Dicke liegt. Die Poren der darunter liegenden mikroporösen Region können die gleiche Größe aufweisen oder etwas kleiner sein als die Hautporen. Bei einer asymmetrischen Membran nehmen die Poren der mikroporösen Region nach und nach in der Größe zu, wenn sie von der Haut zur gegenüberliegenden Fläche der Membran führen. Die Region der graduellen Porengrößezunahme wird manchmal als die asymmetrische Region bezeichnet, und die gegenüberliegende Nichthautfläche der Membran, wird oft als grobporige Oberfläche bezeichnet. Als Kontrast zu der grobporigen Oberfläche wird die Haut manchmal auch als die mikroporöse Oberfläche bezeichnet.The microporous Skin is the fine-pored side of the membrane, which is the air-solution interface or the quench solution interface while of the casting forms. In the Wrasidlo patent and in this disclosure it goes without saying that the term "skin" is not the relative one thick, almost impermeable Polymer layer, which is present in some membranes. Here is the microporous Skin a relatively thin, porous Surface, the above a microporous one Region of variable thickness. The pores of the underlying microporous Region can the same size or slightly smaller than the skin pores. At an asymmetric Membrane gradually take in the pores of the microporous region the size too, if from the skin to the opposite Area of Lead membrane. The region of gradual pore size increase is sometimes called denotes the asymmetric region, and the opposite Not skin surface The membrane is often referred to as a coarsely porous surface. As a contrast to the coarse-pored surface The skin is sometimes referred to as the microporous surface.
Bei einigen Formulierungen und Gießbedingungen kann ein "Hautbildungs"-Effekt an der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran auftreten – der Oberfläche, die mit dem Gießträger in Kontakt ist und die bei dem Gießverfahren nicht direkt feuchter Luft oder dem Abschreckbad ausgesetzt ist. Wo eine solche Schicht von "gegenüberliegender Haut" existiert, ist sie in der Regel relativ dünn, wobei sie typischerweise weniger als etwa 10 % der Dicke der Membran ausmacht-. Sie ist in der Regel auch hoch porös, obwohl das poröse Netzwerk oder Gewebe im Querschnitt ein dichter gepacktes Aussehen aufweisen kann als die innere Region der Membran zwischen den beiden Hauten, sofern beide vorhanden sind.at some formulations and casting conditions can have a "skin-forming" effect on the opposite surface the membrane occur - the Surface, the in contact with the casting carrier is and in the casting process is not directly exposed to moist air or the quenching bath. Where such a layer of "opposite Skin "exists, she is usually relatively thin, typically being less than about 10% of the thickness of the membrane ausmacht-. It is also usually highly porous, although the porous network or tissue in cross-section have a more densely packed appearance can be considered the inner region of the membrane between the two skins, if both are available.
Polymermembranen können auch aus homogenen Polymerlösungen gegossen werden. Die Zusammensetzung dieser Formulierungen liegt außerhalb der spinodalen/binodalen Region des Phasendiagramms von Wrasidlo. Membranen, die aus homogenen Lösungen gegossen werden, können auch asymmetrisch sein, obwohl sie in der Regel nicht so hoch symmetrisch sind wie diejenigen, die aus phasenseparierten Formulierungen gegossen werden.polymer membranes can also from homogeneous polymer solutions to be poured. The composition of these formulations is outside the spinodal / binodal region of the phase diagram of Wrasidlo. Membranes made from homogeneous solutions can be poured also be asymmetrical, although they are usually not so highly symmetrical are like those that are poured out of phase-separated formulations become.
Die Wrasidlo-Membranen besitzen in Relation zu den Stand-der-Technik-Membranen verbesserte Durchflussraten und Permselektivität. Solche verbesserten Durchflussraten und Permselektivität ergeben sich aus der Struktur der Membranen.The Wrasidlo membranes are related to the prior art membranes improved flow rates and permselectivity. Such improved flow rates and permselectivity arise from the structure of the membranes.
Die Zepf-Patente offenbaren verbesserte Polymermembranen vom Wrasidlo-Typ mit einer wesentlich größeren Anzahl von mikroporösen Hautporen von konsistenterer Größe und stark erhöhten Durchflussraten mit reduzierter Durchflusskovarianz für jeden beliebigen, gegebenen Porendurchmesser. Die verbesserten Zepf-Membranen werden durch Modifikation des Wrasidlo-Verfahrens erreicht, umfassend reduzierte Gieß- und Abschrecktemperaturen und reduzierte Umgebungsexposition zwischen Gießen und Abschrecken. Zepf lehrt weiterhin, dass reduzierte Gieß- und Abschrecktemperaturen die Empfindlichkeit des Membranbildungsverfahrens gegenüber kleinen Änderungen in der Formulierung und in Prozessparametern minimiert.The Zepf patents disclose improved Wrasidlo type polymer membranes with a much larger number of microporous Skin pores of more consistent size and strong increased Flow rates with reduced flow covariance for each any given pore diameter. The improved Zepf membranes are achieved by modification of the Wrasidlo method, comprising reduced casting and quenching temperatures and reduced environmental exposure between to water and quenching. Zepf continues to teach that reduced casting and quenching temperatures the sensitivity of the membrane formation process to small changes minimized in formulation and in process parameters.
Die
Wrasidlo-Patente offenbaren auch die Herstellung von asymmetrischen
PVDF-Membranen.
Siehe
Keine der hier besprochenen mikroporösen PVDF-Membranen vom Stand der Technik besitzt eine hoch asymmetrische Struktur. Folglich sind alle bisherigen PVDF-Membranen in ihren Durchflussraten im Vergleich zu hoch asymmetrischen Membranen begrenzt. Wie es von den Fachleuten geschätzt wird, wäre es darum wünschenswert, eine mikroporöse PVDF-Membran mit hohem Asymmetriegrad und hohen Durchflussraten bereitzustellen. Es wäre außerdem günstig, ultradünne mikroporöse PVDF-Membranen mit hohen Durchflussraten bereitzustellen, gleich ob isotrop oder asymmetrisch in der Struktur. Außerdem wäre es weiterhin günstig, Verfahren zur Ermöglichung der einheitlichen Herstellung aller solcher Membranen bereitzustellen.None the microporous discussed here Prior art PVDF membranes have a highly asymmetric one Structure. Consequently, all previous PVDF membranes are in their Flow rates are limited compared to highly asymmetric membranes. As appreciated by the professionals will, would be it is therefore desirable a microporous one PVDF membrane with high degree of asymmetry and high flow rates provide. It would be Furthermore Cheap, ultrathin microporous To provide PVDF membranes with high flow rates, the same whether isotropic or asymmetric in structure. In addition, it would still be beneficial to process to enable to provide the uniform production of all such membranes.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Erfindungsgemäß haben wir unerwartet festgestellt, dass es möglich ist, eine mikroporöse stark asymmetrische PVDF-Membran herzustellen, die außergewöhnliche Durchflussraten besitzt. Wir haben weiterhin festgestellt, dass es möglich ist, mikroporöse, innerlich isotrope PVDF-Membranen herzustellen, die im Querschnitt ein Gitter aus faserartigen Geweben des Polymermaterials aufweisen.Have according to the invention We unexpectedly found that it is possible to get a microporous strong produce asymmetric PVDF membrane that has exceptional flow rates. We also found that it is possible to microporous, internally produce isotropic PVDF membranes which have a lattice in cross-section of fibrous webs of the polymeric material.
Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Polyvinylidendifluorid-Membran bereitgestellt,
umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Gießpaste,
die etwa 12 bis etwa 20 Gew.-% Polyvinylidendifluorid und 1 bis
30 Gew.-% eines in einem Lösungsmittel
gelösten
hydrophilen Polymers umfasst;
Gießen der Paste, um einen dünnen Film
zu bilden, wobei die Temperatur der Gießlösung unter 21°C oder über 35°C liegt;
Einwirkenlassen
von feuchter Luft auf den dünnen
Film für
einen Zeitraum von 5 s bis 120 s, wobei die feuchte Luft eine relative
Luftfeuchtigkeit von 60 % bis 100 % aufweist;
Koagulieren des
Films in einem Wasserbad, wobei eine Temperatur des Wasserbades
40°C bis
70°C beträgt; und
Gewinnen
einer ausgebildeten mikroporösen
Polyvinylidendifluoridpolymermembran, wobei die Membran eine mikroporöse Oberfläche mit
minimalen Poren, eine gegenüberliegende
Oberfläche
mit maximalen Poren und einen aus faserigen Geweben aus Polymermaterial
gebildeten porösen
Träger
umfasst, wobei der poröse
Träger
einen isotropen Bereich über
mindestens etwa 80 % der Dicke der Membran aufweist.According to the invention, there is provided a process for producing a polyvinylidene difluoride membrane comprising the steps of:
Providing a pourable paste comprising about 12 to about 20 weight percent polyvinylidene difluoride and 1 to 30 weight percent of a hydrophilic polymer dissolved in a solvent;
Pouring the paste to form a thin film, wherein the temperature of the casting solution is below 21 ° C or above 35 ° C;
Exposing humid air to the thin film for a period of 5 seconds to 120 seconds, the humid air having a relative humidity of 60% to 100%;
Coagulating the film in a water bath, wherein a temperature of the water bath is 40 ° C to 70 ° C; and
Obtaining a formed microporous polyvinylidene difluoride polymer membrane, the membrane comprising a microporous minimum pore surface, an opposite maximum pore surface, and a porous support formed from fibrous webs of polymeric material, the porous support having an isotropic area over at least about 80% of the thickness of the membrane having.
Die poröse Trägerstruktur der Membranen dieses Aspekts der Erfindung kann aus einem Gradienten von nach und nach zunehmenden Porengrößen von der mikroporösen Oberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche bestehen.The porous support structure The membranes of this aspect of the invention can be made from a gradient of gradually increasing pore sizes from the microporous surface to the consist of opposite surface.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung besitzt die PVDF-Membran eine mikroporöse Oberfläche mit minimalen Poren, eine gegenüberliegende Oberfläche mit maximalen Poren, und der Raum zwischen den Oberflächen ist ein aus faserigen Geweben von polymerem Material gebildeter poröser Träger. Die Membranen können eine isotrope Struktur durch mindestens etwa 80 % der Dicke der Membran aufweisen, und die Dicke kann weniger als etwa 75 μm und vorzugsweise weniger als etwa 30 μm betragen.at In a third aspect of the invention, the PVDF membrane has a microporous surface with minimal pores, one opposite surface with maximum pores, and the space between the surfaces is a porous support formed of fibrous webs of polymeric material. The Membranes can an isotropic structure by at least about 80% of the thickness of the Membrane, and the thickness may be less than about 75 microns, and preferably less than about 30 μm be.
Ein vierter Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer PVDF-Membran, durch Bereitstellen einer Gießpaste mit zwischen etwa 12 und 20 Gew.-% PVDF und zwischen etwa 0 und 30 Gew.-% eines hydrophilen Polymers, wie PVP, gelöst in einem Lösungsmittel, Gießen der Paste unter Bildung eines Dünnfilms, Exponieren des Dünnfilms gegenüber einer gasförmigen Umgebung, Koagulieren des Films in einem Wasserbad und Gewinnen einer geformten mikroporösen PVDF-Polymermembran, bereit. Die durch dieses Verfahren hergestellte Membran kann eine mikroporöse Oberfläche mit minimalen Poren, eine gegenüberliegende Oberfläche mit maximalen Poren und einen porösen Träger zwischen den Oberflächen aufweisen, wobei der poröse Träger aus faserigen Geweben von Polymermaterial gebildet wird. Bei dem Verfahren kann das Gießpastengemisch während des Gießschrittes eine Temperatur zwischen etwa 21°C und etwa 35°C aufweisen, und die gasförmige Umgebung kann eine relative Wasser-Feuchtigkeit zwischen etwa 50 % und 100 % aufweisen. Der Expositionsschritt kann eine Dauer von etwa 2 Sekunden bis etwa 120 Sekunden aufweisen, und das Kühlwasserbad kann eine Temperatur zwischen etwa 20°C und 80°C aufweisen. Das PVP in dem Gießlösungsgemisch kann ein mittleres Molekulargewicht von etwa 45.000 Dalton aufweisen. Auf das Gießen und Abschrecken kann das In-Kontakt-Bringen der geformten Membran mit einem Benetzungsmittel, wie HPC und/oder einem oberflächenaktiven Mittel, folgen, um die Membran hydrophil zu machen. Das Verfahren kann auch einen Laminierschritt der gebildeten Membran auf ein polymeres Gewebe oder ein polymeres Vlies als Träger einschließen.One Fourth aspect of the invention provides a method of manufacture a PVDF membrane, by providing a pouring paste with between about 12 and 20 wt% PVDF and between about 0 and 30 wt% of a hydrophilic polymer, such as PVP, dissolved in a solvent, to water the paste to form a thin film, Exposing the thin film across from a gaseous Environment, coagulating the film in a water bath and winning a shaped microporous PVDF polymer membrane, ready. The produced by this method Membrane can be a microporous surface with minimal pores, one opposite surface having maximum pores and a porous support between the surfaces, wherein the porous one carrier is formed from fibrous webs of polymeric material. In which Method may be the pourable paste mixture while the casting step a temperature between about 21 ° C and about 35 ° C have, and the gaseous Environment may have a relative water humidity between about 50 % and 100%. The exposure step may take a duration of about 2 seconds to about 120 seconds, and the cooling water bath may have a temperature between about 20 ° C and 80 ° C. The PVP in the casting solution mixture may have an average molecular weight of about 45,000 daltons. On the casting and Quenching may involve contacting the shaped membrane a wetting agent such as HPC and / or a surfactant Agent, follow to make the membrane hydrophilic. The procedure can also be a lamination step of the formed membrane to a polymeric Include tissue or a polymeric nonwoven backing.
Die Erfindung stellt bei einem fünften Aspekt eine asymmetrische integrale mikroporöse PVDF-Polymermembran mit einer mikroporösen Oberfläche mit minimalen Poren, einer gegenüberliegenden Oberfläche mit maximalenen Poren und mit einem Bereich zwischen den Oberflächen bereit. Dieser Bereich kann ein poröser Träger sein, der aus faserigen Geweben von Polymermaterial gebildet wird, wenn auch der poröse Träger Strömungskanäle aufweisen kann, deren Durchmesser nach und nach längs eines Gradienten von der mikroporösen Oberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche zunimmt.The Invention provides at a fifth Aspect of an asymmetric integral microporous PVDF polymer membrane with a microporous one surface with minimal pores, one opposite Surface with maximum pores and with an area between the surfaces ready. This area can be a porous one carrier which is formed from fibrous webs of polymeric material, though the porous one carrier Have flow channels can, whose diameter gradually along a gradient of the microporous surface to the opposite surface increases.
Ein sechster Aspekt der Erfindung ist eine intern isotrope, mikroporöse PVDF-Polymermembran mit einer mikroporösen Oberfläche mit minimalen Poren eines gegebenen mittleren Durchmessers, eines ersten mittleren Durchmessers, und mit einer gegenüberliegenden Oberfläche mit maximalen Poren eines unterschiedlichen gegebenen mittleren Durchmessers. Der Raum zwischen den Membranoberflächen kann ein poröser Träger sein, der aus faserigen Geweben von Polymermaterial gebildet wird, und kann Durchflusskanäle mit relativ konstanten Durchmessern aufweisen. Somit kann bei diesem Aspekt der Erfindung die Membran drei Bereiche aufweisen. Ein Bereich nahe der mikroporösen Oberfläche kann weniger als 10 % der Gesamtdicke der Membran ausmachen und kann eine Porengröße entsprechend der Größe der Hautporen auf der mikroporösen Seite aufweisen. Ein weiterer Bereich kann sich nahe der gegenüberliegenden Oberfläche befinden, kann weniger als 10 % der Ge samtdicke der Membran ausmachen und kann eine Porengröße entsprechend derjenigen der Poren auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen. Der mittlere Bereich der Membran kann bis zu 80 % oder mehr betragenOne Sixth aspect of the invention is an internally isotropic, microporous PVDF polymer membrane having a microporous surface with minimal pores of a given mean diameter, one first average diameter, and with one opposite surface with maximum pores of a different given middle Diameter. The space between the membrane surfaces can a porous one carrier which is formed from fibrous webs of polymeric material, and can flow channels with having relatively constant diameters. Thus, with this Aspect of the invention, the membrane have three areas. An area near the microporous surface can account for less than 10% of the total thickness of the membrane and can be a pore size accordingly the size of the skin pores on the microporous Side have. Another area may be near the opposite surface may be less than 10% of the total thickness of the membrane and can be a pore size accordingly have those of the pores on the opposite side. The central area of the membrane can be up to 80% or more
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsformFull Description of the preferred embodiment
Wie vorstehend erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung unsere unerwartete Entdeckung, dass es möglich ist, mikroporöse PVDF-Membranen mit außergewöhnlichen Fließgeschwin digkeiten in 2 distinkten Formen herzustellen: intern isotrop und hoch asymmetrisch. Die Gemeinsamkeit zwischen den beiden distinkten Membranstrukturen liegt in der porösen Struktur, die offensichtlich durch die Art und Weise, in der das Polymer in den Gelzustand übergeht, geformt wird. Diese Gemeinsamkeit wird unschwer bei Überprüfung von Querschnitts-SEMs von erfindungsgemäßen Membranen im Vergleich mit Stand-der-Technik-Membranen festgestellt.As mentioned above, The present invention relates to our unexpected discovery that it is possible is, microporous PVDF membranes with exceptional Flow rates in 2 distinct forms: internally isotropic and highly asymmetric. The commonality between the two distinct membrane structures lies in the porous Structure, obviously, by the way in which the Polymer goes into the gel state, is formed. This commonality is not difficult when reviewing cross-sectional SEMs of membranes according to the invention compared with state-of-the-art membranes.
Unter
Bezugnahme nun auf
Ein zusätzliches gemeinsames Merkmal, das der erfindungsgemäß hergestellten intern isotropen und der hoch asymmetrischen Membran gemeinsam ist, ist die Tatsache, dass beide Arten von Membranen einen eng begrenzten Porenbereich in der oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche besitzen. Das heißt sozusagen, dass die erfindungsgemäßen Membranen eine offenere Unterstruktur aufweisen als der Bereich oder die Region in oder um die mikroporöse Oberfläche. Diese Struktur lässt die erfindungsgemäßen Membranen wesentlich weniger Widerstand gegenüber einem Fluidstrom aufweisen, wenn die groben Poren mit dem einströmenden Zulauf in Kontakt gebracht werden. Die Selektivität der Membran ist mit den begrenzten Poren in der oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche verknüpft.One additional common feature of the internally isotropic produced according to the invention and the highly asymmetric membrane is common, is the fact Both types of membranes have a narrow pore area in or adjacent to the microporous surface. That means, so to speak, that the membranes of the invention have a more open substructure than the region or region in or around the microporous Surface. This structure leaves the membranes of the invention essential less resistance to having a fluid flow, when the coarse pores with the incoming inflow be brought into contact. The selectivity of the membrane is limited Pores linked in or adjacent to the microporous surface.
Wie hier verwendet, trifft der Begriff "mikroporös" auf Membranen mit mikroporösen Membranoberflächen mit durchschnittlichen Porendurchmessern über etwa 0,01 μm zu. Die maximalen Porendurchmesser in der mikroporösen Oberfläche übersteigen vorzugsweise etwa 8 μm nicht. Wie es bekannt ist, werden Membranen mit durchschnittlichen Porendurchmessern, die geringer sind als 0,01 μm, typischerweise als Ultrafiltrations-, Umkehrosmose- und Gastrennmembranen klassifiziert.As As used herein, the term "microporous" applies to membranes having microporous membrane surfaces average pore diameters greater than about 0.01 μm. The maximum pore diameter in the microporous surface preferably exceeds about 8 μm not. As is known, membranes with average pore diameters, which are less than 0.01 μm, typically as ultrafiltration, reverse osmosis and gas separation membranes classified.
"Intern isotrop", wie hier verwendet, bezieht sich auf Membranen, die entweder einen im Wesentlichen gleichmäßigen Porengrößendurchmesser durch die Masse des Querschnitts der Membran aufweisen, oder auf Membranen, die keinen nennenswerten Porengrößegradienten von der mirkoporösen Oberfläche zur gegenüberliegenden Fläche zeigen. Beispielsweise kann eine intern isotrope Membran verhältnismäßig kleinere Poren in der mikroporösen Oberfläche und verhältnismäßig größere Poren in der porösen Polymer-Unterstruktur besitzen, allerdings nehmen die Porengrößen üblicherweise nicht allmählich von der mikroporösen Oberfläche in die Polymer-Unterstruktur hinein zu. Stattdessen ist die mikroporöse Oberfläche ein relativ dünner, dichter Bereich, der eine höhere Porendichte pro Flächeneinheit besitzt als die poröse Unterstruktur, die ein verhältnismäßig dickerer, weniger dichter Bereich mit einer geringeren Porendichte ist. Demnach können erfindungsgemäße intern isotrope Membranen einen relativ abrupten Übergang in der Porengröße zwischen der mikroporösen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche zeigen, was im Gegensatz zu dem Gradienten der allmählich zunehmenden Porengrößen von der mikroporösen Seite zu der gegenüberliegenden Seite steht, wie er in den asymmetrischen Wrasidlo-Membranen festgestellt wird."Internally isotropic" as used herein refers to membranes that have either a substantially uniform pore size diameter by the mass of the cross-section of the membrane, or on Membranes that do not have significant pore size gradients from the mirco - porous surface opposite area demonstrate. For example, an internally isotropic membrane may have relatively smaller pores in the microporous surface and relatively larger pores in the porous Have polymer substructure, but the pore sizes usually take not gradually from the microporous surface into the polymer substructure. Instead, the microporous surface is a relatively thinner, denser Area, which is a higher Pore density per unit area owns as the porous one Substructure, which is a relatively thicker, less dense area with a lower pore density. Therefore can internal according to the invention Isotropic membranes undergo a relatively abrupt transition in pore size the microporous surface and the opposite surface show what contrary to the gradient of gradually increasing Pore sizes of the microporous Side to the opposite Page stands, as he noted in the asymmetric Wrasidlo membranes becomes.
Da die erfindungsgemäßen Membranen auch einen relativ dichten Hautbereich in der Nähe der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran aufweisen können, ist es für eine intern isotrope Membran möglich, Oberflächen-Porendurchmesser an beiden Oberflächen aufzuweisen, die denjenigen einer hoch asymmetrischen Membran sehr ähnlich sind. Demnach kann auf der Grundlage der Oberflächen-Porenmesswerte allein nicht der Schluss gezogen werden, dass eine erfindungsgemäße Membran intern isotrop oder hoch asymmetrisch ist. Das Schlüsselmerkmal ist der interne Bereich: in der Regel mindestens etwa die mittleren 80 % der Dicke der Membran. In hoch asymmetrischen Membranen ist dieser interne Bereich durch Poren oder Durchflusskanäle von allmählich zunehmendem Durchmesser gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu weist der interne Bereich von intern isotropen Membranen Poren oder Durch flusskanäle von im Wesentlichen konstantem Durchmesser auf. Der Strukturunterschied ist im Allgemeinen in den SEMs sehr eindeutig und ist in der Regel auch aus den Messwerten der Fließgeschwindigkeiten von Membranen mit den verschiedenen internen Strukturen offensichtlich. Wir haben hier ein Verfahren zur reproduzierbaren Kontrolle und Manipulation dieser internen Membranstruktur gefunden und offenbart.There the membranes of the invention also a relatively dense skin area near the opposite surface can have the membrane, is it for an internally isotropic membrane possible, Surface pore diameter on both surfaces to show that are very similar to those of a highly asymmetric membrane. Thus, based on the surface pore measurements alone It can not be concluded that a membrane according to the invention internally isotropic or highly asymmetric. The key feature is the internal area: usually at least about the middle 80 % of the thickness of the membrane. In highly asymmetric membranes this is internal area through pores or flow channels of gradually increasing diameter characterized. In contrast, the internal range of internally isotropic membranes pores or flow channels of im Substantially constant diameter. The structural difference is generally very unique in the SEMs and is usually also from the measured values of the flow velocities of membranes with the different internal structures obviously. We have Here is a method for reproducible control and manipulation found and disclosed this internal membrane structure.
Der Begriff "asymmetrisch", wie hier verwendet, betrifft eine Membran mit einem Porengrößegradienten. Das heißt, asymmetrische Membranen weisen ihre kleinsten oder feinsten Poren in oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche auf. Die Zunahme in der Porengröße zwischen der mikroporösen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran verläuft üblicherweise allmählich, wobei die kleinste Porengröße der mikroporösen Oberfläche am nächsten ist und die größten Poren bei oder angrenzend an die gegenüberliegende grobporige Oberfläche gefunden werden.Of the Term "asymmetric" as used herein relates to a membrane with a pore size gradient. That is, asymmetric Membranes have their smallest or finest pores in or adjacent to the microporous surface on. The increase in pore size between the microporous surface and the opposite surface the membrane usually runs gradually, wherein the smallest pore size is closest to the microporous surface and the largest pores at or adjacent to the opposite coarse-pored surface being found.
"Integral", wie hier verwendet, bezieht sich auf Membranen, die aus einer einzigen Polymerlösung oder -paste gegossen sind. Dies steht im Gegensatz zu nicht-integralen oder Verbundmembranen, die aus mehr als einer Polymerlösung oder -paste gegossen sind, um eine Schicht- oder Verbundmembran zu bilden. Verbundmembranen können auch nach dem Gießen aus zwei oder mehreren vollständig ausgebildeten Membranen zusammengefügt werden."Integral" as used here refers to membranes made from a single polymer solution or paste are poured. This is in contrast to non-integral or Composite membranes consisting of more than one polymer solution or Paste are poured to form a layered or composite membrane. Composite membranes can even after casting from two or more completely trained membranes are joined together.
Erfindungsgemäß hergestellte Membranen sind vorzugsweise integrale, mikroporöse Membranen mit mikroporösen Oberflächen mit Porengrößen im Bereich von 0,01 μm bis 8,0 μm. Hier werden Beispiele für Membranen mit mikroporösen Oberflächenporen von 0,1, 0,3, 0,45, 0,5, 0,667, 0,8, 1,0, 2,0, 3,0, und 5,0 μm bereitgestellt. Die Membranen besitzen auch eine gegenüberliegende Oberfläche. Die mikroporöse Oberfläche ist üblicherweise die Oberfläche, die direkt der Umgebung oder dem Abschreckbad während des Gießens ausgesetzt ist. Die gegenüberliegende Oberfläche ist im Allgemeinen die Oberfläche, die somit nicht exponiert ist – die Oberfläche, die mit der Trägerstruktur, auf die die Membran gegossen wird, in Kontakt ist. Dementsprechend wird die gegenüberliegende Oberfläche hier manchmal als die Gießoberfläche bezeichnet.Produced according to the invention Membranes are preferably integral, microporous membranes with microporous surfaces Pore sizes in the range of 0.01 μm up to 8.0 μm. Here are examples of membranes with microporous surface pores of 0.1, 0.3, 0.45, 0.5, 0.667, 0.8, 1.0, 2.0, 3.0, and 5.0 μm. The membranes also have an opposite surface. The microporous surface is usually the surface, exposed directly to the environment or the quench bath during casting is. The opposite surface is generally the surface, which is thus not exposed - the Surface, those with the support structure, on which the membrane is poured, is in contact. Accordingly will be the opposite surface sometimes referred to herein as the casting surface.
Die gegenüberliegende Oberfläche der erfindungsgemäß hergestellten Membranen enthält auch mikroporöse Poren, die in der Porengröße oft größer sein können als die Poren auf der mikroporösen Oberfläche. Bevorzugte Membranen weisen gegenüberliegende Oberflächen-Porengrößen von etwa 0,05 bis etwa 50 μm auf. Hier sind Beispiele für Membranen bereitgestellt, die gegenüberliegende Oberflächen-Porengrößen von etwa 3, 4, 5, 6, 20 und 30 μm besitzen.The opposing surface the invention produced Contains membranes also microporous Pores that are often larger in pore size can as the pores on the microporous Surface. preferred Membranes have opposite ones Surface pore sizes of about 0.05 to about 50 microns. Here are examples of Membranes provided, the opposite surface pore sizes of about 3, 4, 5, 6, 20 and 30 microns have.
Zwischen der mikroporösen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche besitzen erfindungsgemäß hergestellte Membranen eine poröse Unterstruktur. Die poröse Unterstruktur kann entweder im Wesentlichen isotrop oder asymmetrisch sein. Der Typ von erhaltener Struktur hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich: Typ und Konzentration des Polymers, Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel, Gießbedingungen, wie Rakelspalt und Gießlösungstemperatur; Umgebungsfaktoren, wie Expositionsdauer zwischen Gießen und Abschrecken, und Feuchtigkeit der Expositionsatmosphäre; und Zusammensetzung und Temperatur des Abschreckbades.Between the microporous surface and the opposite surface have inventively prepared Membranes a porous Substructure. The porous one Substructure can be either substantially isotropic or asymmetric be. The type of structure obtained depends on several factors, including: type and concentration of the polymer, solvents and non-solvents, Casting conditions, like Doctor blade gap and casting solution temperature; Environmental factors, such as exposure time between casting and quenching, and humidity of the exposure atmosphere; and composition and Temperature of the quench bath.
Ein
Merkmal, das sowohl den intern isotropen als auch den hoch asymmetrischen
erfindungsgemäßen Membranen
gemeinsam ist, besteht darin, dass bevorzugte Membranen faserige
Gewebe von Polymermaterial aufweisen. Siehe
Wie vorstehend erwähnt, besitzen die erfindungsgemäßen Membranen bestimmte Porengrö-ße-Unterschiede zwischen der mikroporösen Oberfläche und der grobporigen Oberfläche. Bestimmte Membranen sind allerdings in der Unterstruktur überwiegend isotrop, während andere in der Unterstruktur überwiegend asymmetrisch sind. Mit anderen Worten besitzt eine erfindungsgemäße Membran eingeschränkte Porengrößen in oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche, relativ zu der Unterstruktur der Membran. Die Dicke des "Haut"-Bereichs bei beiden Oberflächen ist allerdings relativ dünn: üblicherweise weniger als etwa 10 % und vorzugsweise weniger als etwa 7 % der Gesamtdicke der Membran. Der eingeschränkte Porenbereich in oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche ermöglicht es, dass die erfin dungsgemäßen Membranen in der Unterstruktur sehr offen sind, was einen guten Durchfluss erlaubt, wobei gleichzeitig auf Grund des eingeschränkten Porenbereiches gute Retentionseigenschaften aufrechterhalten werden.As mentioned above, the membranes of the present invention have certain pore size differences between the microporous surface and the coarsely porous surface. However, certain membranes are predominantly isotropic in the substructure, while others in the substructure are predominantly are asymmetric. In other words, a membrane of the invention has limited pore sizes in or adjacent to the microporous surface, relative to the substructure of the membrane. However, the thickness of the "skin" area on both surfaces is relatively thin: usually less than about 10% and preferably less than about 7% of the total thickness of the membrane. The limited pore area in or adjacent to the microporous surface allows the membranes of the invention to be very open in the substructure, allowing for good flow while maintaining good retention properties due to the restricted pore area.
Die erfindungsgemäß hergestellten PVDF-Membranen, gleich ob hoch asymmetrisch oder intern isotrop, sind durch ein relativ großes Hohlvolumen gekennzeichnet. Bei einigen Ausführungsformen beträgt das Hohlvolumen mindestens 45 %, 50 % oder 55 %. Andere Ausführungsformen für die erfindungsgemäßen Membranen weisen Hohlvolumina von mindestens 60 %, 65 % oder 70 % auf. Wieder andere Ausführungsformen der Erfindung weisen Hohlvolumina von mindestens 75 %, 80 % oder 85 % auf. Das Hohlvolumen kann durch Vergleich des Gewichts einer trockenen und einer nassen Membran oder durch Berechnen der Dichte einer trockenen Membran und Vergleich mit der Dichte einer massiven Masse des Polymers oder eines Gemisches von Polymeren von gleichem Volumen bestimmt werden.The produced according to the invention PVDF membranes, whether highly asymmetric or internally isotropic, are by a relatively large one Hollow volume marked. In some embodiments, this is the void volume at least 45%, 50% or 55%. Other embodiments of the membranes of the invention have hollow volumes of at least 60%, 65% or 70%. Again other embodiments Hollow volumes of at least 75%, 80% or 85% up. The void volume can be determined by comparing the weight of a dry and a wet membrane or by calculating the density of a dry membrane and comparison with the density of a massive mass of the polymer or a mixture of polymers of equal volume be determined.
Die
erfindungsgemäßen Membranen
sind im Allgemeinen sehr "offene" Membranen, die gegenüber Fluid-Durchfluss
einen eingeschränkten
Widerstand bereitstellen und dennoch in der Lage sind, Teilchen,
basierend auf Prinzipien von Tortuosität und kleinsten Porengrößen, wirksam
aufzutrennen. Demnach besitzen die erfindungsgemäßen Membranen begrüßenswerterweise
außergewöhnliche
Fließgeschwindigkeiten.
Beispielsweise führt
die folgende Tabelle die Porengröße der mikroporösen Oberfläche, die
Porengröße der gegenüberliegenden
Oberfläche
und die Fließgeschwindigkeit
auf. TABELLE I
Es
wird davon ausgegangen, dass erfindungsgemäße Membranen wesentlich verbesserte
Fließgeschwindigkeiten
gegenüber
Stand-der-Technik-Membranen aufweisen. Beispielsweise werden in
der Costar-Patentschrift Costar-Membranen mit PVDF-Membranen verglichen,
die im Handel von der Fa. Millipore Corporation erhältlich sind.
Siehe Costar Tabelle 1, Seite 11. In der folgenden Tabelle werden
die Fließgeschwindigkeiten
von erfindungsgemäßen Membranen
mit Costar- und Millipore-Membranen verglichen. Tabelle II
- Anmerkung: In der vorhergehenden Tabelle sind sämtliche Porengrößen in μm angegeben, und sämtliche Fließgeschwindigkeiten sind in cm/min bei 10 psid (68,95 kPad) angegeben.
- Note: In the previous table, all pore sizes are in microns, and all flow rates are in cm / min at 10 psid (68.95 kPad).
Zu Vergleichszwecken ist die Porengröße bei mittlerem Durchfluss, wo verfügbar, angegeben. Es ist wichtig anzumerken, dass die mittleren Durchfluss-Porengrößen für die erfindungsgemäßen Membranen näher an den tatsächlichen Haut-Porengrößen liegen als es für die getesteten Millipore-Membranen der Fall ist. Um die Unterschiede in der Fließgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Membranen zu bewerten, erfolgt typischerweise ein Vergleich von Membranen mit ähnlichen Haut-Porengrößen. Allerdings erfolgt der aussagekräftigere Vergleich zwischen Membranen mit ähnlichen mittleren Durchfluss-Porengrößen. Ein solcher Vergleich zeigt die drastische Verbesserung in der Fließgeschwindigkeit für die erfindungsgemäßen Membranen im Vergleich zu den zur Verfügung stehenden Stand-der-Technik-Membranen. Membranen, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, sind relativ dünn. Beispielsweise können erfindungsgemäße, intern isotrope Membranen so dünn wie etwa 20 bis 25 μm hergestellt werden und sind vorzugsweise etwa 25 bis etwa 50 μm dick. Erfindungsgemäß hergestellte asymmetrische Membranen sind im Allgemeinen etwas dicker als ihre entsprechenden intern isotropen. Beispielsweise sind bevorzgte asymmtrische Membranen zwischen etwa 60 und etwa 125 μm dick.To For comparison purposes, the pore size is medium flow, where available, specified. It is important to note that the average flow pore sizes for the membranes of the invention closer to the actual Skin pore sizes are as it is for the tested Millipore membranes is the case. To the differences in the flow rate Evaluating between different membranes is typically done a comparison of membranes with similar ones Skin pore sizes. Indeed the more meaningful Comparison between membranes with similar mean flow pore sizes. One such comparison shows the drastic improvement in flow rate for the membranes according to the invention Compared to the available standing state of the art membranes. Membranes made according to the invention were, are relatively thin. For example, you can according to the invention, internally isotropic membranes so thin such as about 20 to 25 microns are prepared and are preferably about 25 to about 50 microns thick. Produced according to the invention Asymmetrical membranes are generally slightly thicker than their corresponding ones internally isotropic. For example, preferred asymmatic membranes between about 60 and about 125 microns thick.
Erfindungsgemäß gefertigte Membranen werden mit relativ hohen Polymerkonzentrationen von etwa 12 bis etwa 20 % oder mehr hergestellt. Die Temperatur der Paste beträgt vorzugsweise zwischen 21°C und 35°C für hoch asymmetrische Membranen und entweder weniger als 21°C oder mehr als 35°C für intern isotrope Membranen. Außerdem wird bei bevorzugten Ausführungsformen nach dem Gießen der polymeren Paste oder des Polymerfilms der Film feuchter Luft ausgesetzt. Die Expositionszeiten sind vorzugsweise relativ lang, von 5 oder 10 Sekunden bis 1 oder 2 Minuten oder länger; die Feuchtigkeit ist vorzugsweise relativ hoch, von 60 % bis 100 % relative Feuchtigkeit. Wie man erkennt, können höhere Feuchtigkeiten oder längere Expositionszeiten verwendet werden, bei einer im Allgemeinen entsprechenden oder proportionalen Abnahme bei der jeweils anderen, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Nach der Exposition wird der Film in einem Abschreckbad, das relativ hohe Konzentrationen an Nichtlösungsmittel für das Polymer enthält, abgeschreckt. Die Abschrecktemperatur beträgt vorzugsweise zwischen 45°C und 70°C.Manufactured according to the invention Membranes are made with relatively high polymer concentrations of about 12 produced up to about 20% or more. The temperature of the paste is preferably between 21 ° C and 35 ° C for high asymmetric membranes and either less than 21 ° C or more as 35 ° C for internal isotropic membranes. Furthermore is in preferred embodiments after the pouring the polymeric paste or the polymer film the film of moist air exposed. The exposure times are preferably relatively long, from 5 or 10 seconds to 1 or 2 minutes or longer; the Moisture is preferably relatively high, from 60% to 100% relative Humidity. As you can see, you can higher Humidities or longer Exposure times are used, with a generally corresponding or proportional decrease in each other to comparable To get results. After exposure, the film is placed in a quench bath, the relatively high levels of non-solvent for the polymer contains deterred. The quenching temperature is preferably between 45 ° C and 70 ° C.
Durch das obige Verfahren werden PVDF-Membranen mit außergewöhnlichen Durchflusseigenschaften hergestellt. In der Tat haben wir Membranen hergestellt, die Durchflussraten besitzen, die mit asymmetrischen Polysulfon-Membranen vergleichbar sind, und die Blasenpunkte so niedrig wie 5 pounds pro inch2 differential (psid) (34,47 kPad) aufweisen. Pounds pro inch2 differential (kPad) ist der Unterschied im Druck, der an den gegenüberliegenden Seiten der Membran besteht; der Blasenpunkt der Membran korreliert mit der Permeabilität der Membran, wobei ein niedriger Blasenpunkt angibt, dass ein relativ kleines Druckdifferential erforderlich ist, um Luft durch eine zuvor benetzte Membran zu pressen. Die Blasenpunkte der erfindungsgemäßen PVDF-Membranen sind mit den Blasenpunkten von hoch asymmetrischen Wrasidlo-Sulfonpolymer-Membranen mit ähnlichen mittleren Durchfluss-Porengrößen vergleichbar. Dies ist mit den Stand-der-Technik-PVDF-Membranen nicht der Fall, was angibt, dass die erfindungsgemäßen Membranen eine Porosität und Fließgeschwindigkeiten aufweisen, die den Stand-der-Technik-PVDF-Membranen überlegen sind.The above method produces PVDF membranes with exceptional flow characteristics. In fact, we have made membranes that have flow rates comparable to asymmetric polysulfone membranes and that have bubble points as low as 5 pounds per inch 2 differential (psid) (34.47 kPad). Pounds per inch 2 differential (kPad) is the difference in pressure that exists on the opposite sides of the membrane; the bubble point of the membrane correlates with the permeability of the membrane, with a low bubble point indicating that a relatively small pressure differential is required to force air through a previously wetted membrane. Bubble points of the PVDF membranes of the invention are comparable to the bubble points of highly asymmetric Wrasidlo sulfone polymer membranes with similar average flow pore sizes. This is not the case with the prior art PVDF membranes, indicating that the membranes of the present invention have porosity and flow rates superior to prior art PVDF membranes.
Höhere Polymerkonzentrationen
in den erfindungsgemäßen Formulierung
verleihen Festigkeit und verbessern die Dehnungseigenschaften der
Membranen. Zudem stellen wir eine Reduktion in der Makro-Hohlraumbildung
in der Unterstruktur fest. Die Exposition des gegossenen Films gegenüber feuchter
Luft ist anscheinend für
die Erzeugung der offenen Poren in einer Weise verantwortlich, entsprechend
der Arbeit, die wir mit Sulfonpolymeren durchgeführt haben und die in der mitanhängigen
Interessanterweise beobachten wir allerdings fest, dass feuchte Luftexposition in Verbindung mit der Herstellung der vorliegenden Membranen zu einer deutlich unterschiedlichen Struktur führt, als diejenige, die unter Verwendung von Sulfonpolymeren erhalten wird. Sulfonpolymer-Membranen, die mit einer ähnlichen Umgebungsexposition gegossen werden, besitzen eine zweilagige Struktur: eine mikroporöse Oberfläche, die über einem isotropen Bereich liegt, der über einem asymmetrischen Bereich liegt. Es scheint, dass der isotrope Bereich der erfindungsgemäßen Membranen erzeugt oder zumindest ausgelöst wird durch die im "gasphaseninduzierten Fällungsprozess" auftretende Wechselwirkung zwischen dem Wasserdampf in der Luft und dem Polymerfilm, die homogene oder isotrope Porenbildung auslöst. Dies ist analog zu Cellulose-Mischester- oder Cellulosenitrat-Membranen. Es scheint allerdings, dass eine vernachlässigbare Verdampfung von Lösungsmittel oder Nichtlösungsmittel besteht, so dass in dem Abschreckbad die Abschreckflüssigkeit in die isotrope Region vordringt und sie fixiert und den asymmetrischen Bereich erzeugt und festigt.Interestingly, However, we observe that damp air exposure in conjunction with the production of the present membranes to a clear different structure leads, as those obtained using sulfone polymers becomes. Sulfone polymer membranes that have a similar environmental exposure are cast, have a two-layer structure: a microporous surface that over one isotropic area that over an asymmetric area. It seems that the isotropic area the membranes of the invention generated or at least triggered is characterized by in the "gas phase induced Precipitation process "occurring interaction between the water vapor in the air and the polymer film, the homogeneous or triggers isotropic pore formation. This is analogous to cellulose mixed ester or cellulose nitrate membranes. However, it seems that negligible evaporation of solvent or non-solvents so that in the quench bath the quench liquid penetrates into the isotropic region and fixes it and the asymmetric one Area created and strengthened.
Außerdem stellen
wir mit Sulfonpolymer-Membranen, die gemäß diesem Verfahren hergestellt
wurden, in bestimmten Fällen
eine offensichtliche Einschränkung
in der Porengrößeverteilung
unterhalb der mikroporösen
Haut fest. Eine solche Struktur würde die Erklärung der
dichteren Poren unterstützen,
die bei porosimetrischen Analysen festgestellt werden, wie beispielsweise
unsere Beobachtung einer Membran mit einer maximalen Porengröße von 1,0
um und einer mittleren Porengröße von 0,8 μm. Dies kann
der Beweis für
ein Verfahren der internen "Hautbildung" sein, ähnlich der
Hautbildung in den Wrasidlo- und Zepf-Membranen. Unterstützung für diese
Möglichkeit
erfolgt von Michaels in der
Vorzugsweise werden erfindungsgemäße Membranen gegossen, die eine Menge an Wasser, das streng genommen ein Nichtlösungsmittel ist, enthalten. Durch Abstimmung von Feststoffkonzentration, Feuchtigkeit und Expositionszeit haben wir hoch poröse Membranen synthetisiert, die ausreichend Festigkeit aufweisen, um sie für Anwendungen zu qualifizieren, die ultradünne Membranen erfordern. In den beigefügten Tabellen und SEM-Fotos stellen wir Vergleiche für Formulierungen, Porengrößen und andere Merkmale und Bedingungen bereit. Wie erwähnt, können auf Grund der verbesserten Festigkeiten der erfindungsgemäßen Membranen, die PVDF-Membranen als hoch poröse ultradünne Membranen auch ohne Gewebeverstärkung synthetisiert werden. Allerdings haben frühere Experimente gezeigt, dass PVDF dafür geeignet ist, auf Gewebe gegossen zu werden, wenn dies als notwendig betrachtet wird. Somit stellen wir erfindungsgemäß auch bestimmte bevorzugte Laminier- und Verstärkungstechniken bereit.Preferably become membranes according to the invention poured a lot of water, which is strictly a non-solvent is included. By coordination of solids concentration, moisture and exposure time, we synthesized highly porous membranes, which have sufficient strength to qualify them for applications, the ultrathin Require membranes. In the attached tables and SEM photos we make comparisons for Formulations, pore sizes and other features and conditions. As mentioned, due to the improved Strengths of the membranes of the invention, the PVDF membranes as highly porous ultrathin Membranes without fabric reinforcement be synthesized. However, previous experiments have shown that PVDF for it is suitable to be poured onto tissue, if necessary is looked at. Thus, we according to the invention also certain preferred Laminating and reinforcement techniques ready.
Zur Verbesserung von Festigkeits- und Handhabungsmerkmalen der erfindungsgemäßen Membranen können die Membranen mit oder auf verschiedene Gewebe laminiert werden. Beispielsweise umfassen geeignete Laminiermaterialien Web- und Vlies-Materialien, schmelzgeblasene Materialien, Polyester und Polyolefine. Als Beispiele sind Polyester, Polypropylen, Nylon, Polyethylenterephthalat und Polyethylen unter vielen Polymeren als Gewebe- oder Vliesträger für die erfindungsgemäßen Membranen geeignet. Die Wahl des bestimmten, zu verwendenden Laminiermaterials erfolgt je nach bestimmter Anwendung. Um erfindungsgemäße Membranen zu laminieren, können, wie es den Fachleuten bekannt ist, Wärme- oder Haftverfahren oder -techniken eingesetzt werden.to Improvement of strength and handling characteristics of the membranes of the invention, the Membranes are laminated with or on different tissues. For example Suitable laminating materials include woven and nonwoven materials, meltblown materials, polyesters and polyolefins. As examples are polyester, polypropylene, nylon, polyethylene terephthalate and Polyethylene among many polymers as a fabric or non-woven backing for the membranes of the invention suitable. The choice of the particular laminating material to use takes place depending on the particular application. To membranes of the invention to laminate, as is known to those skilled in the art, heat or adhesive or techniques are used.
In Verbindung mit der Herstellung von handelsüblichen Mengen an erfindungsgemäßen PVDF-Membranen ist es zu verstehen, dass das Gieß- oder Fertigungsband vorzugsweise einen Bereich aufweist, in dem der Film feuchten Bedingungen und kontrollierter Luftströmung zwischen dem Gießpunkt, wie beispielsweise einer Rakelklinge oder einer Schlitz-Beschichtungsmaschine, und dem Punkt des Abschreckwassers ausgesetzt ist. Das Gleiche gilt für die vorstehend erwähnten großporigen Sulfonpolymer-Membranen. Auf Grund von Unterschieden in den Erstarrungs- und Härtungszeiten erfordert PVDF allerdings oft viel längere Luftexpositionszeiten. Demnach muss entweder die Bandgeschwindigkeit verlangsamt oder der Feuchtigkeitstunnel für PVDF-Membranen verlängert werden. Wenn beispielsweise eine PVDF-Membran mit 20 ft pro Minute (6,10 m/min) gegossen wird und 1 min Behandlung mit feuchter Luft erfordert, muss der Expositionslänge 20 ft (6,10 m) betragen.In connection with the preparation of commercial quantities of PVDF membranes of the invention, it is to be understood that the casting or production line preferably has a range in which the film is exposed to wet conditions and controlled air flow between the pour point, such as a doctor blade or a slit blade. Coating machine, and is exposed to the point of quenching water. The same applies to the above-mentioned large-pore sulfone polymer membranes. However, due to differences in set and cure times, PVDF often requires much longer air exposure times. Accordingly, either the belt speed must be slowed or the moisture tunnel for PVDF membranes must be extended. For example, if a PVDF membrane is cast at 20 ft per minute (6.10 m / min) and requires 1 minute humid air treatment, the exposure length must be 20 ft (6.10 m) m).
Die erfindungsgemäßen Membranen können hydrophob oder hydrophil sein. Eine Membran, die nach dem Gießen hydrophob ist, kann mit einem Benetzungsmittel nachbehandelt werden, um sie hydrophil zu machen. Geeignete Benetzungsmittel umfassen oberflächenaktive Mittel und hydrophile Polymere. Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel sind ZONYL (DuPont, Bloomington, DE) und TRITON X-100 (Rohm & Haas, Philadelphia, PA). Ein Beispiel für ein hydrophiles Polymer ist Hydroxypropylcellulose (HPC). Eine bevorzugte HPC-Behandlung besteht im Einweichen der Membran in einem Bad, das eine wässrige HPC-Lösung enthält; das Bad kann auch ein oder mehrere oberflächenaktive Mittel allein oder in Kombination mit HPC enthalten. Die Benetzungsmittel können auch dem Abschreckbad zugesetzt werden, so dass die Membran als Teil des Abschreckschrittes hydrophil gemacht wird.The membranes according to the invention can be hydrophobic or hydrophilic. A membrane that is hydrophobic after casting can be aftertreated with a wetting agent to them to make hydrophilic. Suitable wetting agents include surfactants Medium and hydrophilic polymers. Examples of suitable surface-active Agents are ZONYL (DuPont, Bloomington, DE) and TRITON X-100 (Rohm & Haas, Philadelphia, PA). An example for a hydrophilic polymer is hydroxypropyl cellulose (HPC). A preferred HPC treatment exists in soaking the membrane in a bath containing an aqueous HPC solution; the bath can also be one or several surface active Agent included alone or in combination with HPC. The wetting agents can also be added to the quench bath, so that the membrane as a part the quenching step is rendered hydrophilic.
Die erfindungsgemäßen Membranen sind für den kompletten Bereich mikroporöser Filtrationsanwendungen geeignet, einschließlich der elektronischen Wasserfiltration, wo Ozon vorhanden ist. Eine sehr wichtige Anwendung von erfindungsgemäßen Membranen ist in Batterien, wobei eine Membran als Trennvorrichtung zwischen verschiedenen Zellen einer Batterie oder zum Einschluss eines alkalischen Gels verwendet wird.The membranes according to the invention are for the entire area microporous Filtration applications, including electronic water filtration, where ozone is present. A very important application of membranes according to the invention is in batteries, with a diaphragm as a separator between different cells of a battery or to include an alkaline Gels is used.
Diese Anwendung erfordert eine hoch poröse ultradünne Membran, etwa 30 μm dick, die gegenüber Propylencarbonat, Kaliumhydroxid (KOH) 1 molar enthält, resistent ist. In Wasser würde diese Konzentration einem pH von ungefähr 14 entsprechen. Obwohl Propylencarbonat ein latentes Lösungsmittel für PVDF bei 80°C ist und etwas Sorge darüber bestand, dass Propylencarbonat auch bei Raumtemperatur vielleicht ein starkes Quellmittel sein könnte, haben wir herausgefunden, dass die erfindungsgemäßen PVDF-Membranen gegenüber einem Angriff durch Propylencarbonat auch bei Temperaturen etwas oberhalb der Raumtemperatur resistent sind. In der Tat hielten die Membranen bei Tauchversuchen, die wir an erfindungsgemäßen Membranen durchgeführt haben, erfolgreich den strengen Bedingungen stand, die von Propylencarbonat, das Kalimhydroxid (KOH) 1 molar enthält, vorgegeben wurden. Ferner hielt eine Probe einer erfindungsgemäßen PVDF-Membran, die auf ein Nylonvlies gegossen wurde, ebenfalls Propylencarbonat/KOH stand. Bei jedem dieser Tauchversuche zeigten erfindungsgemäß hergestellte Membranen eine gute chemische Beständigkeit ohne Kräuseln der Membranen und ohne offensichtliche Schwächung der Membranen.These Application requires a highly porous ultrathin membrane, about 30 microns thick, the towards propylene carbonate, Potassium hydroxide (KOH) 1 molar, is resistant. In water would this Concentration a pH of about 14 correspond. Although propylene carbonate is a latent solvent for PVDF at 80 ° C is and something to worry about Propylene carbonate was also available at room temperature, perhaps could be a strong swelling agent, We have found that the PVDF membranes of the invention over a Attack by propylene carbonate even at temperatures slightly above the room temperature are resistant. In fact, the membranes stopped in immersion experiments we have performed on membranes according to the invention, successfully met the stringent conditions of propylene carbonate, the Kalimhydroxid (KOH) 1 molar contains, were given. Further held a sample of a PVDF membrane according to the invention, which on Nylon fleece was cast, also propylene carbonate / KOH stood. In each of these immersion experiments showed inventively produced Membranes have good chemical resistance without curling Membranes and without obvious weakening of the membranes.
Das Gießpastengemisch der Membran kann, zusätzlich zu PVDF, ein hydrophiles Polymer enthalten, wie beispielsweise Polyvinylpyrrolidon oder Polyethylenglycol. Diese Polymere können die Viskosität des Gießpastengemisches erhöhen und können auch die Porosität und Porenstruktur beeinflussen. Solche hydrophilen Polymere Wechselwirken natürlich mit den anderen Faktoren, die die Struktur der Membran beeinflusst, wie Gießtemperatur, Abschrecktemperatur, Expositionszeit gegenüber feuchter Luft, Temperatur und relative Feuchtigkeit der Luft, der die Membran ausgesetzt ist, und dergleichen. Die erfindungsgemäßen Membranen können ohne ein hydrophiles Polymer oder mit einem hydrophilen Polymer mit einer Endkonzentration in dem Gießpastengemisch von bis zu etwa 30 %, oft mit mindestens 1 %, 2 %, 3 %, oder 5 % des Gießpastengemisches (gewichtsbezogen) gegossen werden.The dope mix the membrane can, in addition to PVDF, a hydrophilic polymer such as polyvinylpyrrolidone or polyethylene glycol. These polymers can increase the viscosity of the slurry mixture increase and can also the porosity and affect pore structure. Such hydrophilic polymers interact Naturally with the other factors that affects the structure of the membrane, like casting temperature, Quenching temperature, exposure time to moist air, temperature and relative humidity of the air to which the membrane is exposed, and the same. The membranes of the invention can without a hydrophilic polymer or with a hydrophilic polymer having a Final concentration in the pourable paste mixture up to about 30%, often at least 1%, 2%, 3%, or 5% of the casting paste mixture (by weight) to be poured.
Da viele der erfindungsgemäßen PVDF-Membran-Formulierungen hohe Polymerkonzentrationen besitzen und somit hohe Viskositäten aufweisen, sind die erfindungsgemäßen Formulierungen dem Erspinnen von mikroporösen Hohlfasern gut angepasst. Bei einer Ausführungsform für die erfindungsgemäße PVDF-Hohlfasermembranen wird entweder Luft oder ein Nichtlösungsmittel, wie Wasser, das Lösungsmittel oder andere Chemikalien, wie ein Nichtlösungsmittel enthält, als das Lumenfluid verwendet, und die äußere Oberfläche wird verschiedenen Umgebungen, wie feuchte Luft, trockene Luft oder anderen Umgebungen, vor dem Abschrecken in einer Flüssigkeit, wie Wasser, ausgesetzt. Die resultierende Membran weist auf der Außenseite der Membran dichtere Poren auf, da Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel möglicherweise nach außen wanderten, als äußeres Umgebungswasser nach innen wanderte. Wir haben festgestellt, dass die Viskosität der erfindungsgemäßen Formulierungen hoch genug gemacht werden kann, um die sich bildende Hohlfasermembran während ihres Herabfallens durch den Spalt feuchter Luft intakt zu halten.There many of the PVDF membrane formulations according to the invention have high polymer concentrations and thus have high viscosities, are the formulations according to the invention Spinning microporous Hollow fibers well adapted. In one embodiment for the PVDF hollow-fiber membranes according to the invention is either air or a non-solvent, such as water, the Solvent or other chemicals, such as a non-solvent, than the lumen fluid is used, and the outer surface becomes different environments, like moist air, dry air or other environments, before the Quenching in a liquid, like water, exposed. The resulting membrane points to the outside The membrane denser pores, as solvents and non-solvents possibly outward migrated as external ambient water wandered inside. We have found that the viscosity of the formulations of the invention can be made high enough to the forming hollow fiber membrane while their fall through the gap of moist air intact.
Für PVDF gibt es mehrere Quellen, und es ist, basierend auf dem mittleren Molekulargewicht, in mehreren Klassen verfügbar. Wir haben festgestellt, dass HYLAR-461 (erhältlich von Ausimont Co., Morristown, NJ) und KYNAR-761 (erhältlich von Atochem Co., Philadelphia, PA) zum Gießen der erfindungsgemäßen Membranen besonders geeignet ist. Die bevorzugten, erfindungsgemäß hergestellten Membranen und die Herstellungsverfahren werden nun durch die folgenden Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.For PVDF there it's multiple sources, and it's based on the average molecular weight, available in several classes. We have determined that HYLAR-461 (available from Ausimont Co., Morristown, NJ) and KYNAR-761 (available from Atochem Co., Philadelphia, PA) for casting the membranes of the invention is particularly suitable. The preferred, produced according to the invention Membranes and manufacturing processes are now covered by the following Examples and with reference to the accompanying figures.
BEISPIEL IEXAMPLE I
Auswirkung der ExpositionsdauerEffect of exposure duration
Wir stellten eine Gießpaste her, die 15,9 Gew.-% PVDF-Polymer HYLAR-461, 0,9 Gew.-% Lithiumchlorid, 3,7 Gew.-% Wasser, 2,3 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon (PVP K-17 MW 9.000, erhältlich von BASF, Mt. Olive, NJ) und 77,2 Gew.-% Dimethylacetamid (DMAC) als Lösungsmittel enthielt. Mehrere Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen beschichtetem Papier gegossen. Vorzugsweise befindet sich das Gießlösungsgemisch unterhalb etwa 32°C, wenn es gegossen wird. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % oder 80 % relativer Feuchtigkeit für verschiedene Zeiten gegenüber Luft exponiert, wie in Tabelle III gezeigt. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 15.9% by weight PVDF polymer HYLAR-461, 0.9% by weight lithium chloride, 3.7% by weight of water, 2.3% by weight of polyvinylpyrrolidone (PVP K-17 MW 9,000, available by BASF, Mt. Olive, NJ) and 77.2% by weight of dimethylacetamide (DMAC). as a solvent contained. Several membrane samples were prepared using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a polyethylene coated conveyor belt Poured paper. Preferably, the casting solution mixture is below about 32 ° C, when it is poured. After casting, the resulting Membranes at 25 to 27 ° C and 100% or 80% relative humidity for different times to air exposed as shown in Table III. Subsequently, the membranes were in Quenched in a water bath at a temperature of about 60 ° C.
Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend 10 bis 15 s mit einer 0,1 %igen wässrigen Hydroxypropylcellulose (HPC)-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und dann luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen wiesen eine Dicke zwischen 25 μm und 30 μm auf. Die Membranen wurden jeweils auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe (ungefähr 35 mm effektiver Durchmesser, 9,5 cm2 Fläche) auf die Wasserdurchlässigkeit bei 10 psid (68,95 kPad) getestet. Die mittleren Durchfluss-Porengrößen der Membranen wurden mit einem Coulter-Porometer bestimmt, und die Oberflächen und Querschnitte wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) überprüft.After coagulation, the membranes were washed with deionized water and then treated with a 0.1% aqueous hydroxypropylcellulose (HPC) solution for 10 to 15 seconds to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes had a thickness between 25 microns and 30 microns. The membranes were each tested for water permeability at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk (approximately 35 mm effective diameter, 9.5 cm 2 area). The mean flow-through pore sizes of the membranes were determined with a Coulter Porometer and the surfaces and cross-sections were checked by Scanning Electron Microscopy (SEM).
Eine
repräsentative
SEM für
die Membran von Probe 1b ist in den
Die
Expositionsbedingungen, die Wasserdurchflussdaten und die Porengrößen werden
in Tabelle III gezeigt. TABELLE III
- Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (68,95 kPad)
- Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (68.95 kPad)
BEISPIEL II Auswirkung von Feuchtigkeit und LösungsmittelEXAMPLE II Effect of Moisture and solvents
Wir stellten eine Gießpaste her, die 16 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 8,0 Gew.-% Wasser, 3,0 Gew.-% PVP K-17 und 73 Gew.-% N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel enthielt. 2 Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband von Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 70 % relativer Feuchtigkeit für verschiedene Zeiten gegenüber Luft exponiert, wie in Tabelle IV gezeigt. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 16% by weight of PVDF HYLAR-461, 8.0% by weight of water, 3.0% by weight of PVP K-17 and 73 wt .-% N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent contained. 2 membrane samples were washed using a squeegee a blade gap of 7 mils (178 μm) on a conveyor belt poured from polyethylene-coated paper. After pouring were the resulting membranes at 25 to 27 ° C and 70% relative humidity for different Times over Exposed to air, as shown in Table IV. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.
Nach
der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen
und anschließend mit
einer 0,1%igen wässrigen
HPC-Lösung
behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet.
Die gewonnenen Membranen wiesen Dicken zwischen 25 und 30 μm auf. Die
Membranen wurden bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe
auf Wasserdurchlässigkeit
getestet. Die Oberflächen
und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM überprüft. Die SEMs der Membranen zeigten
eine ähnliche
Struktur wie diejenigen, die in den
Expositionsbedingungen,
Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle IV gezeigt. TABELLE IV
- Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (68,9 kPad)
- Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (68.9 kPad)
BEISPIEL IIIEXAMPLE III
Auswirkung der PolymerkonzentrationEffect of polymer concentration
Hinsichtlich der Gegenwart von Makrohohlräumen in den gemäß Beispiel II hergestellten Membranen führten wir die folgenden Experimente durch, um die Auswirkungen der Polymerkonzentration auf die Membranstruktur zu bestimmen.Regarding the presence of macrocavities in the example II produced membranes led We conducted the following experiments to study the effects of polymer concentration to determine the membrane structure.
Wir stellten eine Gießpaste her, die 20 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 5,0 Gew.-% Wasser, 1,5 Gew.-% PVP K-17 und 73,5 Gew.-% NMP als Lösungsmittel enthielt. Zwei Membranproben wurden auf ein Förderband von Polyethylen-beschichtetem Papier unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 70 % relativer Feuchtigkeit für unterschiedliche Zeiten, wie in Tabelle V gezeigt, gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 55°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 20% by weight of PVDF HYLAR-461, 5.0% by weight of water, 1.5% by weight of PVP K-17 and 73.5 wt% NMP as solvent contained. Two membrane samples were placed on a conveyor belt of polyethylene coated Paper using a squeegee with a knife gap of 7 mils (178 microns) poured. After casting The resulting membranes were at 25 to 27 ° C and 70% relative humidity for different Times, as shown in Table V, exposed to air. Subsequently, the Quenched membranes in a water bath at a temperature of about 55 ° C.
Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und sodann luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen besaßen Dicken zwischen 25 μm und 30 μm. Die Membranen wurden auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe bei 10 psid (68,95 kPad) auf Wasserpermeabilität getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM untersucht. Die so hergestellten Membranen besaßen eine praktisch identische Struktur zu denjenigen, die in Verbindung mit Beispiel I gezeigt sind, und wiesen nicht die Makrohohlräume auf, die im Zusammenhang mit Beispiel II festgestellt wurden.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes possessed Thicknesses between 25 μm and 30 μm. The membranes were grown on a 47 mm diameter disc at 10 psid (68.95 kPad) water permeability tested. The surfaces and cross-sections of the membranes were examined by SEM. The had membranes prepared in this way a virtually identical structure to those in connection with Example I, and did not have the macrocavities, which were found in connection with Example II.
Expositionsbedingungen,
Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle V gezeigt. TABELLE V
- Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (68,95 kPad)
- Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (68.95 kPad)
BEISPIEL IVEXAMPLE IV
Auswirkung von Feuchtigkeit und ExpositionsdauerEffect of moisture and exposure time
Hinsichtlich des Unterschiedes in der Fließgeschwindigkeit und Porengröße in den gemäß Beispiel III hergestellten Membranen führten wir die folgenden Experimente durch, um die Auswirkungen von Feuchtigkeit und Expositionsdauer zu bestimmen.Regarding the difference in the flow rate and pore size in the according to example III produced membranes We do the following experiments to get the effects of moisture and Exposure duration to determine.
Wir stellten eine Gießpaste her, die 16 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 8,0 Gew.-% Wasser, 3,0 Gew.-% PVP K-17 und 73 Gew.-% NMP als Lösungsmittel enthielt. Vier Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 70 % oder 100 % relativer Feuchtigkeit für verschiedene Zeiten, wie in Tabelle VI gezeigt, gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 55°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 16% by weight of PVDF HYLAR-461, 8.0% by weight of water, 3.0% by weight of PVP K-17 and 73 wt .-% NMP as a solvent contained. Four membrane samples were made using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a polyethylene-coated conveyor belt Poured paper. After casting For example, the resulting membranes became more relative at 25 to 27 ° C and 70% or 100% Moisture for different times, as shown in Table VI, to air exposed. Subsequently The membranes were placed in a water bath at a temperature of about 55 ° C deterred.
Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen besaßen Dicken zwischen 25 μm und 30 μm. Die Membranen wurden bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf Wasserdurchlässigkeit getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM untersucht.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes possessed Thicknesses between 25 μm and 30 μm. The membranes were run at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk on water permeability tested. The surfaces and cross-sections of the membranes were examined by SEM.
Die
Ergebnisse einer repräsentativen
Membran sind in den
Der
Unterschied in den Porengrößen, wie
zwischen der mikroporösen
Oberfläche
und der grobporigen Oberfläche,
ist unschwer feststellbar, wenn die SEM der mikroporösen Oberfläche (
Expositionsbedingungen,
Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle VI gezeigt. TABELLE VI
- Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (kPad)
- Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (kPad)
Ein Vergleich der Eigenschaften von Membran 4a mit denjenigen von Membran 4c zeigt den drastischen Unterschied in der Auswirkung von 70 % Feuchtigkeit vs. 100 % Feuchtigkeit bei dieser Temperatur. Gleichermaßen zeigt ein Vergleich der Eigenschaften von Membran 4a mit denjenigen von Membran 4c, dass erhöhte Expositionsdauer etwas die niedriere Feuchtigkeit ausgleichen kann. Allerdings zeigte Membran 4d eine verminderte Fließgeschwindigkeit und eine kleinere Porengröße auf der offenen Seite der Membran im Vergleich mit der Membran von Beispiel 4c. Dies zeigt, dass bei 100 % Feuchtigkeit eine Membran überexponiert sein kann, und dass die Wechselwirkung von relativer Feuchtigkeit und Expositionsdauer nicht in sämtlichen Fällen synergistisch ist.A comparison of the properties of membrane 4a with those of membrane 4c shows the drastic difference in the effect of 70% moisture vs. 100% humidity at this temperature. Similarly, a comparison of the properties of membrane 4a with those of membrane 4c shows that increased exposure time can balance somewhat the low humidity. However, membrane 4d showed a reduced flow rate and smaller pore size on the open side of the membrane as compared to the membrane of Example 4c. This shows that at 100% humidity, a membrane may be overexposed, and that the interaction of relative humidity and exposure time is not present in all This is synergistic.
BEISPIEL VEXAMPLE V
Auswirkung des LösungsmittelsEffect of the solvent
Wir stellten eine Gießpaste her, die 13,8 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 6,9 Gew.-% Glycerin, 1,7 % Gew.-% Wasser, 2,0 Gew.-% PVP K-17 und 75,6 Gew.-% Dimethylformamid (DMF) als Lösungsmittel enthielt. Zwei Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit für unterschiedliche Zeiten gegenüber Luft exponiert, wie in Tabelle VII gezeigt. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 13.8% by weight of PVDF HYLAR-461, 6.9% by weight of glycerol, 1.7% by weight. Water, 2.0% by weight of PVP K-17 and 75.6% by weight of dimethylformamide (DMF) as a solvent contained. Two membrane samples were prepared using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a polyethylene-coated conveyor belt Poured paper. After casting The resulting membranes were at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity for different Times over Exposed to air as shown in Table VII. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.
Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Sämtliche resultierenden Membranen besaßen Dicken zwischen 25 μm und 30 μm. Die gewonnenen Membranen wurden auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe bei 10 psid (68,95 kPad) auf Wasserdurchlässigkeit getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM untersucht. Die durch die SEMs beobachteten Strukturen besaßen ein ähnliches Aussehen wie diejenigen, die in Verbindung mit den Beispielen I und IV gezeigt wurden.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. All had resulting membranes Thicknesses between 25 μm and 30 μm. The recovered membranes were placed on a 47 mm diameter disc tested for water permeability at 10 psid (68.95 kPad). The surfaces and Cross sections of the membranes were examined by SEM. By the SEMs observed structures had a similar appearance to those which were shown in connection with Examples I and IV.
Expositionsbedingungen,
Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle VII gezeigt. TABELLE VII
- Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (kPad)
- Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (kPad)
BEISPIEL VIEXAMPLE VI
Herstellung von trägerunterstützten MembranenPreparation of carrier-supported membranes
Wir stellten eine Gießpaste her, die 15,4 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 7,4 Gew.-% Wasser und 77,2 Gew.-% DMF als Lösungsmittel enthielt. Zwei Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf einen Nylonvliesträger gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit entweder 10 Sekunden oder 60 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 15.4% by weight of PVDF HYLAR-461, 7.4% by weight of water and 77.2% by weight. DMF as a solvent contained. Two membrane samples were prepared using a squeegee cast with a 7 mil (178 μm) blade gap onto a nylon nonwoven backing. After casting The resulting membranes were at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity exposed to air for either 10 seconds or 60 seconds. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.
Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried.
Die gewonnenen Membranen wurden in Lösungen von Propylencarbonat, die KOH 1 molar (pH ~ 14) enthielten, eingetaucht. Nach Gewinnung der Membranen aus dem Tauchbad, entsprechend dem folgenden Beispiel, bestand kein Anzeichen einer Verschlechterung oder eines Verlusts an Festigkeit der Membran. Es wurde keine signifikante Änderung von Zugfestigkeit und Dehnung festgestellt.The recovered membranes were dissolved in solutions of propylene carbonate containing KOH 1 molar (pH ~ 14). After recovering the membranes from the dip, according to the Following example, there was no sign of deterioration or loss of strength of the membrane. There was no significant change determined by tensile strength and elongation.
BEISPIEL VIIEXAMPLE VII
Zugfestigkeit und BruchdehnungTensile strength and elongation at break
Wir stellten Gießpasten her, die 15,4 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 7,4 Gew.-% Wasser und 77,2 Gew.-% DMF als Lösungsmittel enthielten. Zwei Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 um) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit entweder 10 Sekunden oder 60 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put pouring pastes containing 15.4% by weight of PVDF HYLAR-461, 7.4% by weight of water and 77.2% by weight. DMF as a solvent contained. Two membrane samples were prepared using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a conveyor belt cast from polyethylene-coated paper. After pouring were the resulting membranes at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity exposed to air for either 10 seconds or 60 seconds. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.
Nach Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen wurden in Lösungen von Polypropylencarbonat, die KOH 1 molar (pH ~ 14) enthielt, eingetaucht.To Coagulation, the membranes were washed with deionized water and subsequently with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes were dissolved in solutions of polypropylene carbonate, the KOH 1 molar (pH ~ 14) contained immersed.
Nach
der Gewinnung der Membranen aus dem Tauchbad bestand kein Anzeichen
einer Verschlechterung oder eines Verlusts von Festigkeit der Membranen.
Es wurde keine wesentliche Änderung
von Zugfestigkeit und Dehnung festgestellt, wie in Tabelle VIII
gezeigt. TABELLE VIII
BEISPIEL VIIIEXAMPLE VIII
Herstellung von asymmetrischen PVDF-MembranenProduction of asymmetric PVDF membranes
Wir stellten eine hoch asymmetrische PVDF-Membran aus einer Gießpaste her, die 14,8 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 18,8 Gew.-% t-Amylalkohol, 4,6 Gew.-% PVP K-30 (durch schnittliches M.W. ~ 45.000), 2,3 Gew.-% Wasser und 59,5 Gew-% DMF als Lösungsmittel enthielt. Die Probe wurde unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 12 mil (305 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Die Temperatur des Gießpastengemisches wurde stets zwischen 21°C und 35°C gehalten. Nach dem Gießen wurde die entstehende Membran bei 25 bis 27°C und 80 % relativer Feuchtigkeit 25 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurde die Membran in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 58°C abgeschreckt.We made a highly asymmetric PVDF membrane from a casting paste, the 14.8% by weight of PVDF HYLAR-461, 18.8% by weight of t-amyl alcohol, 4.6% by weight PVP K-30 (average M.W. ~ 45,000), 2.3 wt% water and 59.5% by weight DMF as solvent contained. The sample was coated using a squeegee Squeegee gap of 12 mils (305 μm) on a conveyor belt cast from polyethylene-coated paper. The temperature of the dope mix was always between 21 ° C and 35 ° C held. After casting The resulting membrane was at 25 to 27 ° C and 80% relative humidity 25 seconds over Exposed to the air. Subsequently The membrane was quenched in a water bath at a temperature of about 58 ° C.
Nach Koagulation wurde die Membran mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1 %igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membran hydrophil zu machen. Anschließend wurde die Membran bei etwa 70°C ofengetrocknet und bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf Wasserdurchlässigkeit getestet.To Coagulation, the membrane was washed with deionized water and subsequently with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membrane hydrophilic. Subsequently, the Membrane at about 70 ° C oven dried and at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk on water permeability tested.
Die
resultierende Membran besaß eine
Dicke von etwa 70 μm
bis 100 μm.
Oberfläche
und Querschnitt der Membran wurden durch SEM untersucht.
Wasserdurchfluss
und die Porengröße sind
in Tabelle IX gezeigt. TABELLE IX
BEISPIEL IXEXAMPLE IX
Herstellung einer asymmetrischen PVDF-MembranProducing an asymmetric PVDF membrane
Wir stellten eine hoch asymmetrische PVDF-Membran aus einer Gießpaste her, die 14,6 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 18 Gew.-% t-Amylalkohol, 4,8 Gew.-% PVP K-30, 2,3 Gew.-% Wasser und 60,3 Gew.-% DMF als Lösungsmittel enthielt. Die Proben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 9,5 mil (241,3 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurde die entstehende Membran bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit für 25 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurde die Membran in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 50°C abgeschreckt.We made a highly asymmetric PVDF membrane from a casting paste, the 14.6% by weight of PVDF HYLAR-461, 18% by weight of t-amyl alcohol, 4.8% by weight PVP K-30, 2.3% by weight Water and 60.3 wt .-% DMF as solvent contained. The samples were made using a squeegee with a Squeegee gap of 9.5 mil (241.3 μm) on a conveyor belt cast from polyethylene-coated paper. After the casting was the resulting membrane at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity for 25 Seconds over air exposed. Subsequently The membrane was placed in a water bath at a temperature of about Quenched 50 ° C.
Nach Koagulation wurde die Membran mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membran hydrophil zu machen. Danach wurde die Membran luftgetrocknet und bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf die Wasserdurchlässigkeit getestet. Die mittlere Durchfluss-Porengröße wurde auch mit einem Coulter-Porometer bestimmt. Die resultierende Membran besaß eine Dicke zwischen 50 μm und 75 μm.To Coagulation, the membrane was washed with deionized water and subsequently with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membrane hydrophilic. After that, the membrane became air dried and at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk on the water permeability tested. The mean flow pore size was also measured using a Coulter Porometer certainly. The resulting membrane had a thickness of between 50 μm and 75 μm.
Wasserdurchfluss
und Porengröße sind
in Tabelle X gezeigt. TABELLE X
BEISPIEL X Herstellung einer hydrophoben PVDF-MembranEXAMPLE X Preparation of a hydrophobic PVDF membrane
Wir stellten eine PVDF-Membran nach der Formulierung und der Vorgehensweise von Beispiel VIII her, wobei der einzige Unterschied in der fehlenden Nachbehandlung der Membran mit HPC bestand. Der Wasserdurchfluss und die Membran-Porengröße waren mit denjenigen, die in Tabelle IX angegeben sind, identisch. Allerdings erforderte die Membran ein Vorbenet zen mit einer 50%igen wässrigen Lösung von Isopropylalkohol. Andere vorbenetzende Lösungen die für erfindungsgemäße hydrophobe Membranen geeignet sind, umfassen Glycerin, Zonyl, Triton, PVP und HPC.We set up a PVDF membrane according to the formulation and procedure from example VIII, with the only difference being in the missing one Post-treatment of the membrane with HPC was. The water flow and the membrane pore size were identical to those given in Table IX. Indeed required the membrane to be pre-wetted with a 50% aqueous solution solution of isopropyl alcohol. Other pre-wetting solutions which are hydrophobic for the invention Suitable membranes include glycerol, zonyl, triton, PVP and HPC.
BEISPIEL XIEXAMPLE XI
Herstellung einer intern isotropen PVDF-MembranPreparation of an internally isotropic PVDF membrane
Wir
stellten eine intern isotrope PVDF-Membran aus einer Gießpastenformulierung
her, die derjenigen von Beispiel VIII entsprach, allerdings gossen
wir die Membran mit einer Temperatur des Gießlösungsgemisches oberhalb von
35°C.
BEISPIEL XIIEXAMPLE XII
Eigenschaften von HYLAR-461 und KYNAR-761Properties of HYLAR-461 and KYNAR-761
Eine
bevorzugte Form von PVDF ist unter dem Markennamen HYLAR-461 erhältlich.
Eine weitere bevorzugte Form von PVDF ist unter dem Markennamen
KYNAR-761 erhältlich.
Die vorliegende Erfindung betrachtet Membranen, die unter Verwendung
jeder geeigneten Form von PVDF gegossen wurden. Vorzugsweise verwendet
die Erfindung HYLAR-461, KYNAR-761
oder ein im Wesentlichen ähnliches
Material, das Eigenschaften entsprechend denjenigen, die in der
folgenden Tabelle XI bereitgestellt sind, aufweist. TABELLE XI
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